Термоядролық реакциялар

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

С. Аманжолов атындағы Шығыс Қазақстан университеті
Физика кафедрасы

РЕФЕРАТ
Тақырыбы: Термоядролық реакциялар. Басқарылмайтын және басқарылатын. Тоқамақ. Ядролық реакциялар. Басқарылмайтын және басқарылатын.

Орындаған: 1 курс студенті
Нұрмұхамет Үмітхан
Қабылдаған: Смолина Галина Спиридоновна

Өскемен қаласы, 2021 жыл
Мазмұны:
Кіріспе---------------------------- ----------------------------------- ---------3
Негізгі бөлім
Термоядролық реакциялар басқарылмайтын және басқарылатын----------------------- ----------------------------------- 4
Тоқамақ---------------------------- ----------------------------------- --6
Ядролық реакциялар басқарылмайтын және басқарылатын----------------------- ----------------------------------1 2
Қорытынды-------------------------- ----------------------------------- -----15
Пайдаланған әдебиеттер------------------------- -------------------------16

Кіріспе:
Термоядролық реакция, термоядролық синтез - миллиондаған градус температурада жүзеге асатын ядролық бірігу реакциясы деп аталады.
Токамак - жоғары температуралы плазманы жасауға және ұстап тұруға арналған тура қалпындағы тұйық магнитті қармауыш. Плазманы ұстап қалу үшін магнит өрісін қолданатын басқа қондырғыларға қарағанда, электр тогын қолдану токамактың басты ерекшелігі болып табылады.
Ядролық ректорда ядролық реакциялар басқарылатын жолмен іске асырылады. Ал атомдық бомбаларда басқарылмайтын жолмен іске асырылады. Ең бірінші қолдан басқарылатын реактор 1942 жылы2 желтоқсанда АҚШтың Чикаго қаласында Фермидің басшылығымен іске қосылды. Екінші реактор 1945 жылы КСРОда Москва түбіндегі Серпухов қаласында И.В.Курчатовтың басшылығымен салынды.
Қолдан басқарылатын термоядролық реакцияларды іске асыру зор қиындықтарға кезікті. Оларды жүзеге асыру үшін, негізінен, үш мәселені шешу керек.
Басқарылмайтын термоядролық реакция-күн, Жұлдыздар, сутегі бомбасының жарылуы кезінде. Басқарылатын термоядролық реакция - плазманы қолдану арқылы. Әзірге құрылмаған. Плазма - ішінара немесе толығымен иондалған газ.
Температурасы жүздеген миллион градус болатын ыстық плазмадағы ядролар аса үлкен жылдамдықпен бір-біріне жақындап, ядролық күштердің әрекет аймағына енеді. Сол сәтте-ақ тегеурінді ядролық күш оларды біріктіріп, жаңа ядроны түзеді. Бұл кезде пайда болған m масса ақауы есебінен аса мол энергия босап шығады.

Термоядролық реакциялар
Термоядролық реакция, термоядролық синтез - миллиондаған градус температурада жүзеге асатын ядролық бірігу реакциясы деп аталады.
Жеңіл элементтерді (сутек, гелий, литий, т. б.) жүздеген миллион градусқа дейін қыздырғанда, олардың бейтарап атомдары тұтастығын жойып, ядролар мен электрондарға ыдырайды.
Нәтижесінде оң зарядты ядролардан, теріс зарядты электрондардан тұратын ерекше орта -- . Мұндай плазмада ядролар кулондық тебіліс бөгетін (барьерін) жеңе алатын кинетикалық энергияға ие болады:

мұндағы k -- Больцман тұрақтысы; Т -- плазманың температурасы; m және v -- бөлшектің массасы мен жылдамдығы.
Температурасы жүздеген миллион градус болатын ыстық плазмадағы ядролар аса үлкен жылдамдықпен бір-біріне жақындап, ядролық күштердің әрекет аймағына енеді. Сол сәтте-ақ тегеурінді ядролық күш оларды біріктіріп, жаңа ядроны түзеді. Бұл кезде пайда болған m масса ақауы есебінен аса мол энергия босап шығады.
Жер бетінде алғаш рет термоядролық реакциялар 1950 жылдардың басында Қазақстанда (Семей полигоны) сутек бомбасын жару арқылы жүзеге асырылды. Қажетті жоғары температура атом бомбасын алдын ала жару үстінде алынды. Термоядролық бомбаның ішіне жоғары температура алу үшін атом бомбасының заряды және жеткілікті мөлшерде сутек изотоптары (мысалы, дейтерий) орналастырылады. Термоядролық жарылыста әуелі атом бомбасының заряды іске қосылады да, температура миллиондаған градусқа көтеріліп, сутек изотоптарының ядролары жаппай біріге бастайды. Осылайша әп-сәтте атом бомбасының жарылысы сутек бомбасының жарылысына ұласады.
Қолдан басқарылатын термоядролық реакцияларды іске асыру зор қиындықтарға кезікті. Оларды жүзеге асыру үшін, негізінен, үш мәселені шешу керек.
Біріншіден, сутек газын қыздыру арқылы ыстық плазманың температурасын ондаған миллион градусқа көтеру қажет.
Екіншіден, термоядролық реакцияны тұтандыру үшін ыстық плазманы суытпай, белгілі бір көлемде кем дегенде 10-1-10~2 с ұстап тұру қажет.
Үшіншіден, термоядролық реакция қарқынды жүріп, энергия шығыны қажетінше мол болуы үшін ыстық плазмадағы дейтерий ядроларының тығыздығы белгілі бір шамадан кем болмауы тиіс, яғни 1 м3 көлемде 1022 бөлшек болуы керек.
Осы үш шарт қатарынан орындалса ғана басқарылатын термоядролық реакцияны іске асыруға болады. Алайда плазма заттың ең орнықсыз күйі болып табылады, сондықтан бұл шарттарды бір мезгілде орындау мәселесі әлі күнге шешуін таппай отыр.
Басқарылмайтын термоядролық реакция-күн, Жұлдыздар, сутегі бомбасының жарылуы кезінде. Басқарылатын термоядролық реакция - плазманы қолдану арқылы. Әзірге құрылмаған. Плазма - ішінара немесе толығымен иондалған газ.
Ядролық ыдырау реакцияларын іс жүзінде қолдану басқарылатын реакция пайда болған ядролық реакторды іске қосудан басталды. Тек үш жылдан кейін ядролық жарылысты - ядролық ыдыраудың күшті басқарылмайтын реакциясын жүргізу мүмкіндігі пайда болды.
Ядролық синтез реакциясының дамуы мүлдем басқаша болды (және болып жатыр). Алғашқы басқарылмайтын термоядролық реакция-сутегі бомбасының жарылуы 1952 жылы жасалды.
Бірақ термоядролық синтездің басқарылатын реакциясы, нәтижесінде энергия бөлінетін болады, осы уақытқа дейін жүзеге асырыла алмады. Басқарылатын термоядролық реакцияларды жүзеге асыру адамзатқа жаңа экологиялық таза және іс жүзінде таусылмайтын энергия көзін береді.

Тоқамақ
Токамак - жоғары температуралы плазманы жасауға және ұстап тұруға арналған тура қалпындағы тұйық магнитті қармауыш. Плазманы ұстап қалу үшін магнит өрісін қолданатын басқа қондырғыларға қарағанда, электр тогын қолдану токамактың басты ерекшелігі болып табылады. Плазмадағы ток плазманың жылытуын қамтамасыз етеді және вакуумдық камерадағы плазмалық шнурдың тепе-теңдігін ұстайды. Токамак бұл тороидальды вакуумдық камера, яғни тороидальды магнит өрісін өндіру үшін оған катушкалар оралған. Вакумды камерадан алдымен ауаны сорып алады, кейін дейтерий және тритий қоспасымен толтырады. Содан соң камерадағы индуктор көмегімен құйын тәрізді электр өрісін тудырады. Индуктор үлкен трансформатордың бірінші орамы болады да, ал токамактың камерасы оның екінші орамы болып табылады. Электр өрісі ток ағынын және плазманың жануын тудырады. Плазма арқылы өтетін ток екі міндет атқарады: Плазманы басқа өткізгіштер сияқты қыздырады (омический нагрев); Айналасында магнит өрісін тудырады.
A токамак (ˈтoʊкəмæк; Орыс: Токамак) - қуатты пайдаланатын құрылғы магнит өрісі шектеу плазма а түрінде торус. Токамак - бірнеше түрдің бірі магниттік қамау басқарылатын өндіріске арналған құрылғылар термоядролық термоядролық қуат. 2020 жылғы жағдай бойынша, бұл практикалық жетекші үміткер термоядролық реактор.

Тоқамақтар алғашқы кезде 1950 жылдары кеңестік физиктермен тұжырымдалған Игорь Тамм және Андрей Сахаров, хатынан рухтандырылған Олег Лаврентьев. Бірінші жұмыс токамак жұмысына жатқызылды Натан Явлинский 1958 жылы Т-1-де. Көрсетілгендей, а плазмадағы тұрақты тепе-теңдік талап етеді магнит өрісінің сызықтары а-да торустың айналасындағы жел спираль. Ұқсас құрылғылар z-шымшу және жұлдыз бұған әрекет жасады, бірақ тұрақсыздықты көрсетті. Бұл қазіргі уақытта деп аталатын тұжырымдаманың дамуы болды қауіпсіздік факторы (белгіленген q математикалық жазуда) токамак жасауды басшылыққа алған; реакторды осынау шешуші фактор етіп орналастыру арқылы q әрқашан 1-ден үлкен болды, токамактар бұрынғы дизайндарда орын алған тұрақсыздықты қатты басады.
1960 жылдардың ортасына қарай токамак конструкциялары айтарлықтай жақсартылған өнімділікті көрсете бастады. Алғашқы нәтижелер 1965 жылы шығарылды, бірақ еленбеді; Лайман Спитцер температураны өлшеу жүйесінде болуы мүмкін проблемаларды ескергеннен кейін оларды жұмыстан шығарды. Нәтижелердің екінші жинағы 1968 жылы жарық көрді, бұл жолы басқа машиналардан әлдеқайда озық жұмыс талап етілді. Оларды сцептический кездестірген кезде, Кеңес делегациясын шақырды Біріккен Корольдігі өз өлшемдерін жасау. Бұлар кеңестік нәтижелерді растады, ал 1969 жылы жарық көргенде токамак конструкциясы басылған.
1970 жылдардың ортасына қарай бүкіл әлемде ондаған токамак қолданыла бастады. 70-ші жылдардың аяғында бұл машиналар бір уақытта немесе бір реакторда болмаса да, практикалық балқытуға қажетті барлық жағдайларға жетті. Зиянды бұзу мақсатымен (а біріктіру энергиясының коэффициенті 1-ге тең) қазірдің өзінде термоядролық отынмен жұмыс жасайтын машиналардың жаңа сериясы жасалды дейтерий және тритий. Бұл машиналар, атап айтқанда Бірлескен Еуропалық Торус (JET), Токамакты балқытуға арналған реактор (TFTR) және JT-60, нақты шығынға қол жеткізудің нақты мақсаты болған.
Керісінше, бұл машиналар олардың жұмысын шектейтін жаңа проблемаларды көрсетті. Оларды шешу үшін кез-келген елдің мүмкіндігіне қарағанда әлдеқайда үлкен және қымбат машиналар қажет болады. Арасындағы бастапқы келісімнен кейін Рональд Рейган және Михаил Горбачев қараша айында 1985 ж Халықаралық термоядролық эксперименттік реактор (ITER) күш пайда болды және практикалық синтездеу қуатын дамытудың негізгі халықаралық күші болып қала береді. Көптеген кішігірім құрылымдар және бұтақтар сияқты сфералық токамак, өнімділік параметрлерін және басқа мәселелерді зерттеу үшін пайдалануды жалғастырыңыз. 2020 жылғы жағдай бойынша, JET 24 МВт кіріс жылыту қуаты үшін 16 МВт қуатқа жетіп, синтездеу шығысы бойынша рекордшы болып қала береді.
Токамак - тороидальды вакуумдық камера, оған тороидальды магнит өрісін жасау үшін катушкалар оралған. Вакуумдық камерадан алдымен ауа сорылады, содан кейін оны дейтерий мен тритий қоспасымен толтырады. Содан кейін камерадағы индуктордың көмегімен құйынды электр өрісі жасалады. Индуктор-бұл үлкен трансформатордың бастапқы орамасы, онда ТОКАМАК камерасы екінші реттік орам болып табылады. Электр өрісі ток ағынын және плазма камерасында тұтануды тудырады.
Плазма арқылы өтетін ток екі тапсырманы орындайды:
плазманы кез-келген басқа өткізгіш қыздыратындай қыздырады (омикалық қыздыру);
айналасында магнит өрісін жасайды. Бұл магнит өрісі полоид деп аталады (яғни сфералық координаттар жүйесінің полюстерінен өтетін сызықтар бойымен бағытталған).
Магнит өрісі плазма арқылы өтетін токты қысады. Нәтижесінде конфигурация пайда болады, онда бұрандалы магниттік күш сызықтары плазмалық сымды "орайды". Бұл жағдайда тороидальды бағытта айналу қадамы полоидальды бағыттағы қадамға сәйкес келмейді. Магниттік сызықтар ашық емес, олар тороидальды пішіннің "магниттік беттерін" құра отырып, тордың айналасында шексіз бірнеше рет айналады.
Мұндай жүйеде плазманы тұрақты ұстап тұру үшін полоид өрісінің болуы қажет. Ол индуктордағы токтың ұлғаюы нәтижесінде пайда болғандықтан және ол шексіз бола алмайтындықтан, классикалық токамакта плазманың тұрақты өмір сүру уақыты әлі бірнеше секундпен шектелген. Бұл шектеуді жеңу үшін токты сақтаудың қосымша әдістері жасалды. Ол үшін жеделдетілген бейтарап дейтерий немесе тритий атомдарының плазмасына инъекцияны немесе микротолқынды сәулеленуді ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.